轻骨料混凝土的工程应用及前景展望

梁栓柱 李成亮 林 娇 孙璟玥 王 慧

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

轻骨料混凝土的工程应用及前景展望

梁栓柱 李成亮 林 娇 孙璟玥 王 慧

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

论述了轻骨料混凝土的发展历程，结合工程案例，分析了轻骨料混凝土轻质高强、耐久性好、抗震性高、建筑综合效益好等优点，同时展望了轻骨料混凝土的应用前景，探讨了阻碍其发展的因素，以促进其推广应用。

轻骨料混凝土，优点，发展，绿色环保

随着社会的发展，自然资源的不断枯竭，节约资源，实现可持续发展，成为当今社会的重中之重的任务。建筑这个耗能大的行业，在实现安全性，稳定性的基础上，更应该把节约资源与能源放在研究的第一位。早在20世纪20年代，SJ海德就用回转窖烧制了膨胀粘土轻骨料，1928年美国就开始把膨胀粘土轻骨料用于商业化。轻骨料混凝土最早是缺少天然材料的美国和前苏联先开始使用，使轻骨料混凝土在这两个国家得到了快速的发展，欧洲在二战以后才逐渐出现轻骨料混凝土，尤其是五六十年代，轻骨料混凝土在欧洲得到了极大发展。但是早前由于有关轻骨料混凝土的理论尚未完善，技术实践相对来说还不够成熟，所以轻骨料混凝土早期在很长一段时间都被用非结构材料，使应用范围受到限制[1]。在20世纪60年代，美国在修建休斯敦顿贝壳广场大厦时，使用轻骨料混凝土代替了普通混凝土，在经济和技术方面取得了良好的效益。1968年第一届国际轻混凝土会议在英国召开。1976年在瑞士奥尼汀城召开的第七届欧洲混凝土委员会上，讨论了轻骨料混凝土的分类。

在20世纪90年代初期，日本，挪威，美国等国家对于高性能轻骨料混凝土的原材料的选配，生产以及加工工艺，改善混凝土的耐久性和工作性的研究取得了很大的成果[2]。1993年以来，美国每年轻骨料使用量都在315万m3～415万m3其中用于混凝土结构部分的在80万m3左右。挪威从1987以来，用高性能轻骨料混凝土建造的桥梁已经达到11座[3]。1998年日本还专门由18家公司一起成立了高强轻骨料混凝土研究委员会，还专门研究高强粉煤灰轻质骨料。现如今，轻骨料混凝土的理论与实践的研究都取得了很大的成就。LC50—LC60轻骨料混凝土已在工程中大量应用，结构轻骨料混凝土的抗压强度最高可达到80 MPa，轻骨料混凝土表观密度在1 800 kg/m3～2 000 kg/m3之间[4]。

我国轻骨料出现在建国初期，当时人们主要研究出了粘土陶粒，页岩陶粒，烧结粉煤灰陶粒等，80年代，我国轻骨料混凝土的表观密度已经达到1800 kg/m3～1 950 kg/m3，抗压强度为5.0 MPa～25 MPa。到2003年我国人造轻骨料陶粒的产量约380万m3。我国轻骨料混凝土主要用在房屋建筑的外墙板，用在承重结构的混凝土结构的陶粒的生产与开发并没有得到重视。随着保护耕地政策的严格落实，粘土陶粒在我国相对减少，页岩陶粒则快速增加。

1 轻骨料混凝土工程应用实例

美国在桥梁工程上对轻骨料混凝土的应用技术已经十分成熟。2001年开工的加州Benicia-Martinez大桥，全长1.9 km，与普通混凝土相比，高强轻骨料混凝土表现出明显的优势(见图1)。为减轻梁的质量，增加桥的柔性，减小水平地震力的作用，满足抗震设防要求，采用了LC45级的高强轻骨料混凝土用于整个上部结构。使用了轻骨料混凝土后，恒载在总荷载中所占比例大大降低，可明显降低钢筋或预应力钢筋的用量，工期也可缩短，取得了很好的经济和社会效益[5]。在昆明市粘土陶粒轻骨料混凝土工程西郊剪力墙结构住宅楼中，上部结构采用不同的混凝土材料，设防烈度为8度。对比此工程应用轻骨料混凝土和普通混凝土两种结构方式，使用陶粒轻骨料混凝土，建筑物自重可以减少11%左右。轻骨料混凝土的价格虽然要比普通混凝土高出33%，但是相比每吨单价更高的钢材，可以节约13%左右的钢材，总造价也有明显的节省。另一个工程实例是高296 m的横滨亮马大厦(见图2)。日本是一个处于地震带的国家，因此对抗震的要求也特别高。楼板的自重占建筑自重的很大一部分比例，该大厦7层以上楼板全部采用了泵送轻骨料混凝土，在保证总荷载不变的前提下，使得建筑物自重减轻了11%，增加了二层。随着层数的增加，楼板的使用也越来越多，楼板的重量对建筑整体的自重影响更加明显，轻骨料预制预应力空心板使得基础造价大大降低，经济性越来越显著。除此之外，软土地基的沉降量也有所减小，与普通混凝土建筑相比沉降量降低了32.5%。并且在我国石料缺乏的地区，恰恰可以采用粉煤灰陶粒、矿渣制得的轻骨料混凝土，一方面可以节约石料，另一方面可以将粉煤灰、矿渣这些废料利用起来，达到一个绿色环保的目的。

2 轻骨料混凝土优点

2.1 轻质高强

采用轻骨料混凝土代替普通混凝土，在保证高强度以及承载力相同的条件下，可以减少结构的自重20%～40%，是最有效的减轻结构自重的方法。因此使用轻骨料混凝土可以实现高层建筑，大跨桥梁工程的建设。

2.2 耐久性好

混凝土结构的耐久性问题一直是人们关注的焦点，混凝土结构的耐久性包括抗腐蚀性，抗渗透性以及抗冻性等。轻骨料的应用可以避免发生碱骨料反应，还能与砂浆之间有较好的弹性协调，可以有效控制微裂缝的发展。轻骨料与水泥浆粘结效果良好、密实性好，使抗侵性和抗冻性得到了提高。从现在存在的轻骨料混凝土的结构来看，轻骨料混凝土能严格符合耐久性的要求。

2.3 抗震性好

使用轻骨料混凝土的建筑结构抗震性能比普通混凝土更优。建筑的自重减轻，并且混凝土的弹性模量低，加大了建筑的自震周期，减少了地震作用中水平方向上的惯性力。轻骨料混凝土的强度、韧性均比普通混凝土更优。

2.4 建筑综合效益好

经济效益一直是具有争议的焦点。人造的轻骨料价格要高于天然石料，所以在单价上轻骨料混凝土价格更高。但是，对于轻骨料混凝土建筑的经济效益必须综合分析。结构的自重减轻，主体结构的钢筋用量可以减少、基础的造价和维护费用都会有所降低，建筑物的耐久性也有所增加。轻骨料混凝土有优良的保温性能，节约了建筑供暖能耗所需的资源，综合效益进一步增大[6]。

3 应用前景

对于高层建筑，建筑物自重占荷载的很大一部分比例，十分适用于上海、天津等沿海软土土质地区的工程，经济效益十分显著，抗震性、耐火性更优。而且我国石料较为缺乏，可以采用粉煤灰陶粒、矿渣制得轻骨料混凝土，一方面可以节约石料，另一方面可以将粉煤灰、矿渣这些废料利用起来，实现绿色环保的目标。然而目前轻骨料混凝土的发展还存在以下问题：轻骨料混凝土单价有待降低、市场上还缺乏统一的管理、有关轻骨料混凝土参考资料也较少、缺少技术的引导,还需进一步的研究。

4 结语

从近年的轻骨料混凝土在实际工程中的应用效果来看，在高层建筑和抗震结构应用广泛，由于轻骨料混凝土减少了建筑物的自重，同时也减少了地基沉降，并且非常适用于软土地基施工，大大提高了建筑的经济性。轻骨料混凝土又具有很好的耐久性、耐火性和综合使用效益，在力学性能上满足结构对混凝土的要求，可替代普通混凝土成为未来主流的建筑材料之一。

[1] 李 强.浅析轻骨料混凝土的发展[J].内蒙古科技与经济,2009(5):213-214.

[2] 孙艳秋.轻骨料混凝土综述[J].科技信息,2012(36):395-396.

[3] 霍俊芳.轻骨料混凝土的研究现状与发展[J].建筑技术,2009(4):363-364.

[4] 张少勇.轻骨料混凝土的研究与发展现状[J].山西建筑,2014，40(33):107-108.

[5] 宋绍铭.轻骨料混凝土在高层建筑和大跨桥梁工程上的应用及发展前景[J].江苏建筑,2003(92):77-84.

[6] 刘巽伯,董金道.轻骨料混凝土在建筑工程中的应用及其经济效益[J].硫酸盐建筑制品,1985(2):32-37.

The application and prospect of lightweight aggregate concrete in engineering

Liang Shuanzhu Li Chengliang Lin Jiao Sun Jingyue Wang Hui

(CivilEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

With an introduction of lightweight aggregate concrete development history, combining with engineering cases, analyzes the advantages of lightweight aggregate concrete, such as high strength, good durability, high seismic resisting performance and good comprehensive building efficiency and so on, discusses its application prospects, finally explores factors influencing its development, with a view to promote its application.

lightweight aggregate concrete, advantage, development, green environmental protection

2015-01-13

梁栓柱(1993- )，男，在读本科生； 李成亮(1994- )，男，在读本科生； 林 娇(1995- )，女，在读本科生； 孙璟玥(1994- )，女，在读本科生； 王 慧(1993- )，女，在读本科生

1009-6825(2015)09-0104-02

TU528.2

A